DE112016007031T5 - PIEZOELECTRIC HOUSING INTEGRATED PRESSURE DETECTION DEVICES - Google Patents

PIEZOELECTRIC HOUSING INTEGRATED PRESSURE DETECTION DEVICES Download PDF

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Thomas L. SOUNART
Feras Eid
Sasha N. OSTER
Georgios C. Dogiamis
Adel A. Elsherbini
Shawna M. Liff
Johanna M. Swan
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    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors

Abstract

Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen eine Druckerfassungsvorrichtung, umfassend eine Membran, die in der Nähe zu einem Hohlraum eines organischen Substrats positioniert ist, ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist, und eine Elektrode, die in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material ist. Die Membran wird ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt, und diese Ablenkung führt dazu, dass in dem piezoelektrischen Material eine Spannung erzeugt wird, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist.Embodiments of the invention include a pressure sensing device comprising a diaphragm positioned proximate to a cavity of an organic substrate, a piezoelectric material positioned proximate to the diaphragm, and an electrode in contact with the piezoelectric material. The diaphragm is deflected in response to a change in ambient pressure, and this deflection causes a voltage to be generated in the piezoelectric material, which voltage is proportional to the change in ambient pressure.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen Gehäuse-integrierte Druckerfassungsvorrichtungen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen insbesondere piezoelektrische Gehäuse-integrierte Druckerfassungsvorrichtungen (Drucksensoren).Embodiments of the present invention generally relate to housing-integrated pressure sensing devices. Embodiments of the present invention relate in particular to piezoelectric housing integrated pressure sensing devices (pressure sensors).

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Drucksensoren sind für mobile Verbrauchergeräte wichtig, um den barometrischen Druck zu überwachen. Drucksensoren haben auch ein breites Anwendungsspektrum, in z.B. Industrieausrüstung und Anlagenüberwachung, Automobiltechnik, dem Internet of Things (IOT; Internet der Dinge) und mobiler Gesundheitsüberwachung. Handelsüblich erhältliche miniaturisierte Drucksensoren werden auf Siliziumwafersubstraten hergestellt und separat gehäust. Jedoch sind diese Systeme üblicherweise sperrig, da Drucksensoren eine relativ hohe z-Höhe haben (>>5 mm). Für das Erschaffen von Drucksensoren genutzte MEMS-Technologie produziert eine viel geringere z-Höhe als die oben genannten Systeme. Jedoch sind die Herstellungsprozesse für Silizium-basierte MEMS-Technologie aufgrund der teuren Materialien und Herstellung in Wafer-Größenordnung teuer, und können sehr anspruchsvoll oder möglicherweise über große Bereiche nicht einmal machbar sein.Pressure sensors are important for mobile consumer devices to monitor barometric pressure. Pressure sensors also have a wide range of applications, in e.g. Industrial equipment and equipment monitoring, automotive technology, the Internet of Things (IOT) and mobile health monitoring. Commercially available miniaturized pressure sensors are fabricated on silicon wafer substrates and packaged separately. However, these systems are usually bulky because pressure sensors have a relatively high z-height (>> 5mm). MEMS technology used to create pressure sensors produces a much lower z-height than the above systems. However, the fabrication processes for silicon-based MEMS technology are expensive due to the expensive materials and fabrication on wafer scale, and can not even be very demanding or possibly even feasible over large areas.

Figurenlistelist of figures

  • 1 stellt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Ansicht einer mikroelektronischen Vorrichtung 100 dar, die eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung aufweist. 1 according to one embodiment, a view of a microelectronic device 100 which has a housing-integrated piezoelectric pressure sensing device.
  • 2A stellt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Querschnitts-Seitenansicht eines Gehäusesubstrats 200 dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung aufweist. 2A according to one embodiment, a cross-sectional side view of a housing substrate 200 comprising a housing-integrated piezoelectric pressure sensing device.
  • 2B stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Querschnitts-Seitenansicht eines Gehäusesubstrats 250 dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung aufweist. 2 B According to another embodiment, a cross-sectional side view of a housing substrate 250 comprising a housing-integrated piezoelectric pressure sensing device.
  • 3 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung). 3 According to another embodiment, it is a plan view of a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device).
  • 4 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung mit einer quadratisch geformten Membran). 4 According to another embodiment, it is a plan view of a package substrate having a package integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device having a square shaped membrane).
  • 5 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung mit einer rund geformten Membran). 5 In another embodiment, FIG. 12 illustrates a top view of a package substrate having a package integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device with a circular shaped membrane).
  • 6 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung mit verzahnten Elektroden). 6 In another embodiment, FIG. 12 illustrates a plan view of a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure-sensing device with interdigitated electrodes).
  • 7 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung bei der die erste und zweite Elektrode auf einer gleichen Seite eines piezoelektrischen Materials angeordnet sind). 7 According to another embodiment, it is a plan view of a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device in which the first and second electrodes are disposed on a same side of a piezoelectric material).
  • 8 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Querschnittsansicht AA von 6 und auch eine Querschnittsansicht BB von 7 von einem Gehäusesubstrat dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung bei der die erste und zweite Elektrode auf einer gleichen Seite eines piezoelektrischen Materials angeordnet sind). 8th represents according to another embodiment, a cross-sectional view AA from 6 and also a cross-sectional view BB from 7 a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device in which the first and second electrodes are disposed on a same side of a piezoelectric material).
  • 9 stellt eine Rechenvorrichtung 1500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. 9 represents a computing device 1500 according to an embodiment of the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Beschrieben sind hierin piezoelektrische Gehäuse-integrierte Druckerfassungsvorrichtungen. In der nachfolgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der darstellenden Implementierungen unter Verwendung von Begriffen beschrieben, die gemeinhin von Fachleuten auf dem Gebiet verwendet werden, um die Substanz ihrer Arbeit anderen Fachleuten auf dem Gebiet zu übermitteln. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung mit nur einigen der beschriebenen Aspekte ausgeführt werden kann. Zu Erklärungszwecken werden spezifische Nummern, Materialien und Konfigurationen ausgeführt, um ein tiefgreifendes Verständnis der darstellenden Implementierungen bereitzustellen. Für Fachleute auf dem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht, um ein unnötiges Verunklaren der darstellenden Implementierungen zu vermeiden.Described herein are piezoelectric package integrated pressure sensing devices. In the following description, various aspects of the illustrative implementations will be described using terms commonly used by those skilled in the art to convey the substance of their work to others skilled in the art. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be practiced with only a few of the aspects described. For purposes of explanation, specific numbers, materials, and configurations are made to provide a thorough understanding of the illustrative implementations. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, prior art features have been omitted or simplified to avoid unnecessarily obscuring the illustrative implementations.

Verschiedene Operationen werden wiederum als mehrere diskrete Operationen beschrieben, auf eine Weise, die beim Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreich ist. Die Reihenfolge der Beschreibung sollte jedoch nicht derart betrachtet werden, dass sie impliziert, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängig sind. Insbesondere müssen diese Operationen nicht in der vorliegenden Reihenfolge ausgeführt werden. In turn, various operations are described as multiple discrete operations in a manner that is helpful in understanding the present invention. However, the order of description should not be considered to imply that these operations are necessarily order-dependent. In particular, these operations do not have to be performed in the given order.

Der vorliegende Entwurf stellt dünne, kostengünstige Druckerfassungsvorrichtungen bereit, die als Teil eines organischen Gehäusesubstrats hergestellt werden, das traditionellerweise genutzt wird, um Signale zwischen der CPU oder einem unterschiedlichen Die und der Platine zu leiten. Die Druckerfassungsvorrichtungen (z.B. Drucksensoren) werden als Teil eines elektronischen Gehäusesubstrats hergestellt, das die z-Höhe und die Herstellungskosten reduziert. Diese Drucksensoren können sehr kompakt gestaltet werden und an mehreren Substratorten platziert werden, um eine räumliche Druckabbildung des Substrats bereitzustellen, was beispielsweise nützlich wäre, falls konvektive Kühlung für thermisches Gehäusemanagement genutzt wird, wie beispielsweise durch eine integrierte Mikropumpe zur Kühlung elektronischer Komponenten. Die Drucksensoren können auch zur Indoor-Navigation mit einer mobilen Vorrichtung genutzt werden. Beispielsweise kann ein von den Drucksensoren festgestellter Druckpegel mit einem bestimmten Stockwerk eines Gebäudes korreliert werden.The present design provides thin, low cost pressure sensing devices that are manufactured as part of an organic package substrate that is traditionally used to route signals between the CPU or a different die and the board. The pressure sensing devices (e.g., pressure sensors) are fabricated as part of an electronic package substrate that reduces z-height and manufacturing costs. These pressure sensors can be made very compact and placed on multiple substrates to provide a spatial pressure image of the substrate, which would be useful, for example, if convective cooling is used for thermal housing management, such as an integrated micropump for cooling electronic components. The pressure sensors can also be used for indoor navigation with a mobile device. For example, a pressure level detected by the pressure sensors may be correlated with a particular floor of a building.

Der vorliegende Entwurf ergibt Gehäuse-integrierte piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtungen, und ermöglicht so dünnere Systeme, engere Integration und einen kompakteren Form-Faktor, im Vergleich mit Systemen mit diskreten Drucksensoren. Die kleinsten jetzt verfügbaren Drucksensoren sind MEMS-Vorrichtungen, die auf Siliziumwafersubstraten hergestellt werden und separat gehäust sind, zum Anbringen an eine elektronische Platine oder an einen unterschiedlichen Ort. Gemäß dem vorliegenden Entwurf, der einen Drucksensor direkt in dem Gehäusesubstrat herstellt, ist die z-Höhe deutlich reduziert, da die zusätzliche Höhe aus dem Montieren einer diskreten Drucksensor-Komponente beseitigt wird. Das erlaubt dünnere Plattformen. Auch werden die Herstellungskosten im Vergleich zu Silizium-MEMS-Vorrichtungen reduziert, durch Verwenden von kostengünstigeren Gehäusesubstrat-Materialien und Verarbeitung auf Panel-Ebene in größerer Größe.The present design results in package-integrated piezoelectric pressure sensing devices, thus enabling thinner systems, tighter integration, and a more compact form factor, as compared to systems with discrete pressure sensors. The smallest pressure sensors available now are MEMS devices fabricated on silicon wafer substrates and packaged separately for mounting to an electronic board or to a different location. According to the present design, which manufactures a pressure sensor directly in the housing substrate, the z-height is significantly reduced since the additional height is eliminated from mounting a discrete pressure sensor component. That allows thinner platforms. Also, manufacturing costs are reduced as compared to silicon MEMS devices by using lower cost package substrate materials and panel-level processing in larger size.

Gehäusesubstrat-Technologie, die organische, Hochvolumenherstellungsprozesse (HVM; high volume manufacturing) auf Panel-Ebene (z.B. Panels mit der Größe ~ 0,5m x 0,5m) nutzt, hat bedeutende Kostenvorteile gegenüber Silizium-basierten MEMS-Prozessen, da sie Serienfertigung von mehr Vorrichtungen unter Verwendung von kostengünstigeren Materialien erlauben. Die Abscheidung von qualitativ hochwertigen piezoelektrischen Dünnfilmen war jedoch traditionell beschränkt auf anorganische Substrate wie Silizium und andere Keramik, aufgrund deren Fähigkeit, den hohen Temperaturen standzuhalten, die zum Kristallisieren dieser Filme benötigt werden. Der vorliegende Entwurf wird durch einen neuen Prozess ermöglicht, der die Abscheidung und Kristallisierung von qualitativ hochwertigen piezoelektrischen Dünnfilmen erlaubt, ohne das organische Substrat zu verschlechtern.Enclosure substrate technology utilizing organic, panel-level, high volume manufacturing (HVM) processes (eg, ~ 0.5m x 0.5m panels) has significant cost advantages over silicon-based MEMS processes because of its mass production allow more devices using less expensive materials. However, the deposition of high quality piezoelectric thin films has traditionally been limited to inorganic substrates such as silicon and other ceramics because of their ability to withstand the high temperatures needed to crystallize these films. The present design is made possible by a new process that allows the deposition and crystallization of high quality piezoelectric thin films without degrading the organic substrate.

Bei einem Beispiel umfasst der vorliegende Entwurf Gehäuse-integrierte Strukturen, die als Druckerfassungsvorrichtungen agieren. Diese Strukturen werden als Teil der Gehäuseschichten hergestellt und sind durch Entfernen des dielektrischen Materials um sie herum so gemacht, dass frei schwingen oder sich bewegen können. Die Strukturen umfassen piezoelektrische Stapel, die Schicht-fur-Schicht in das Gehäuse abgeschieden und strukturiert werden. Der vorliegende Entwurf umfasst das Erzeugen von Druckerfassungsvorrichtungen in dem Gehäuse nach dem Prinzip von aufgehängten und schwingenden Strukturen. Ein Ätzen des dielektrischen Materials in dem Gehäuse erfolgt, um Hohlräume zu erzeugen. Eine Abscheidung von dielektrischem Material (z.B. 0,5 bis 1 µm Abscheidungsdicke) und Kristallisierung treten auch in dem Gehäusesubstrat während des Gehäuseherstellungsprozesses auf. Eine Ausheilungsoperation in einem Substrattemperaturbereich (z.B. bis zu 260°C), der niedriger ist als der, der üblicherweise für das Ausheilen von piezoelektrischem Material genutzt wird, erlaubt das Auftreten einer Kristallisierung des piezoelektrischen Materials (z.B. Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Kalium-Natriumniobat (KNN), Aluminiumnitrid (AlN), Zinkoxid (ZnO), etc.) während des Gehäuseherstellungsprozesses, ohne thermische Verschlechterung oder Beschädigung an die Substratschichten weiterzugeben. Bei einem Beispiel tritt ein durch einen Laser gepulstes Ausheilen im Hinblick auf das piezoelektrische Material lokal auf, ohne andere Schichten des Gehäusesubstrats (z.B. organisches Substrat), umfassend organische Schichten, zu beschädigen.In one example, the present design includes package integrated structures that act as pressure sensing devices. These structures are fabricated as part of the housing layers and are made by removing the dielectric material around them so that they are free to oscillate or move. The structures include piezoelectric stacks which are deposited and patterned layer by layer into the housing. The present design involves creating pressure sensing devices in the housing according to the principle of suspended and vibrating structures. An etching of the dielectric material in the housing takes place to create cavities. Deposition of dielectric material (e.g., 0.5 to 1 micron deposition thickness) and crystallization also occur in the package substrate during the package fabrication process. An annealing operation in a substrate temperature range (eg, up to 260 ° C) lower than that commonly used for annealing piezoelectric material allows occurrence of crystallization of the piezoelectric material (eg, lead zirconate titanate (PZT)). Potassium Sodium Niobate (KNN), Aluminum Nitride (AlN), Zinc Oxide (ZnO), etc.) during the package fabrication process without imparting thermal degradation or damage to the substrate layers. In one example, laser-pulsed annealing occurs locally with respect to the piezoelectric material without damaging other layers of the package substrate (e.g., organic substrate) comprising organic layers.

Bezugnehmend auf 1 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Ansicht einer mikroelektronischen Vorrichtung 100 gezeigt, die Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtungen aufweist. Bei einem Beispiel umfasst die mikroelektronische Vorrichtung 100 mehrere Bauelemente 190 und 194 (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, Funksendeempfänger, etc.), die an das Gehäusesubstrat 120 mit Lötkugeln 191-192, 195-196 gekoppelt oder angebracht sind. Das Gehäusesubstrat 120 ist, unter Verwendung von beispielsweise Lötkugeln 111 bis 115, an die gedruckte Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) 110 gekoppelt oder angebracht.Referring to 1 According to one embodiment, a view of a microelectronic device 100 which has package-integrated piezoelectric devices. In one example, the microelectronic device comprises 100 several components 190 and 194 (eg die, chip, cpu, silicon die or chip, radio transceiver, etc.) attached to the package substrate 120 with solder balls 191 - 192 . 195 - 196 coupled or attached. The housing substrate 120 is, for example, using solder balls 111 to 115 to the printed circuit board (PCB) 110 coupled or attached.

Das Gehäusesubstrat 120 (z.B. organisches Substrat) umfasst organische dielektrische Schichten 128 und leitfähige Schichten 122-123, 125-127, 132 und 136. Organische Materialien können jegliche Art von organischem Material umfassen, wie beispielsweise Flammschutzmittel 4 (FR4), harzgefüllte Polymere, Prepreg (z.B. vorimprägniertes Fasergewebe, das mit einem Harz-Bindemittel imprägniert wurde), Polymere, Siliziumdioxid-gefüllte Polymere, etc. Das Gehäusesubstrat 120 kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung (z.B. auf Panel-Ebene) geformt werden. Die geformten Panels können groß sein (z.B. Abmessungen in der Ebene (x, y) von ungefähr 0,5 Meter mal 0,5 Meter, oder größer als 0,5 Meter etc. aufweisen) für geringere Kosten. Ein Hohlraum 142 wird innerhalb des Gehäusesubstrats 120 gebildet, indem eine oder mehrere Schichten (z.B organische Schichten, dielektrische Schichten, etc.) aus dem Gehäusesubstrat 120 entfernt werden. Der Hohlraum 142 kann mit einem hermetisch abdichtenden Material 160 abgedichtet werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung 130 (z.B. ein Drucksensor) mit leitenden Strukturen 132 und 136 (z.B. Balken, Leiterbahnen) und piezoelektrischem Material 134 gebildet. Die drei Strukturen 132, 134 und 136 bilden einen Stapel 137. Die leitfähige Struktur 132 kann als erste Elektrode agieren und die leitfähige, bewegbare Basisstruktur 136 kann als zweite Elektrode der piezoelektrischen Schwingungsvorrichtung agieren. Der Hohlraum 142 kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. The housing substrate 120 (eg, organic substrate) includes organic dielectric layers 128 and conductive layers 122 - 123 . 125 - 127 . 132 and 136 , Organic materials can include any type of organic material, such as flame retardants 4 (FR4), resin-filled polymers, prepreg (eg, pre-impregnated fiber fabric impregnated with a resin binder), polymers, silica-filled polymers, etc. The package substrate 120 can be formed during package substrate processing (eg, panel level). The shaped panels can be large (eg, have dimensions in the plane (x, y) of about 0.5 meters by 0.5 meters, or larger than 0.5 meters, etc.) for a lower cost. A cavity 142 becomes inside the case substrate 120 formed by one or more layers (eg, organic layers, dielectric layers, etc.) from the package substrate 120 be removed. The cavity 142 Can with a hermetically sealing material 160 be sealed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device 130 (eg a pressure sensor) with conductive structures 132 and 136 (eg beams, tracks) and piezoelectric material 134 educated. The three structures 132 . 134 and 136 make a pile 137 , The conductive structure 132 can act as the first electrode and the conductive, movable base structure 136 may act as a second electrode of the piezoelectric vibrator. The cavity 142 may be air filled or vacuum filled.

Die Basisstruktur 136 (z.B. die Ablenkungsmembran 136) kann frei in einer vertikalen Richtung (z.B. entlang einer z-Achse) schwingen. Sie ist an den Hohlraumrändern durch Gehäusevias 126 und 127 verankert, die sowohl als mechanische Verankerung, wie auch als elektrische Verbindungen zu dem Rest des Gehäuses dienen. Der Hohlraum 142 ist luftdicht hergestellt, indem sichergestellt ist, dass seine inneren Oberflächen alle mit hermetisch abdichtendem Material 160 (z.B. Metall, SiN, SiO2, etc.) strukturiert oder beschichtet sind. Das stellt sicher, dass der Druck innerhalb des Hohlraums von dem Druck außerhalb isoliert bleibt. Veränderungen bei dem Außen- (Umgebungs-) -Druck im Vergleich mit einem Referenzdruckwert erzeugen eine Druckdifferenz, die verursacht, dass die Membran 136 in die vertikale Richtung (z.B. die Z-Achse) abgelenkt wird.The basic structure 136 (eg the diversion membrane 136 ) can move freely in a vertical direction (eg along a z Swing). It is at the cavity edges by housing slides 126 and 127 anchored, which serve both as a mechanical anchoring, as well as electrical connections to the rest of the housing. The cavity 142 is made airtight by making sure that its inner surfaces are all covered with hermetically sealed material 160 (For example, metal, SiN, SiO 2, etc.) are structured or coated. This ensures that the pressure within the cavity remains isolated from the pressure outside. Changes in the outside (ambient) pressure compared to a reference pressure value create a pressure difference that causes the membrane 136 in the vertical direction (eg the Z-axis) is deflected.

Zum Messen der Ablenkung (und somit der Druckveränderung), wird ein piezoelektrischer Stapel 137 auf die Membran abgeschieden. Wenn die Membran 136 mit dem piezoelektrischen Film aufgrund von Druckveränderungen abgelenkt wird, wird eine Spannung in dem piezoelektrischen Material erzeugt, die proportional zu der Membranablenkung ist. Diese Spannung wird elektrisch zwischen den Elektroden des Stapels 137 gemessen, um die entsprechende Druckveränderung zu bestimmen.To measure the deflection (and thus the pressure change), a piezoelectric stack is formed 137 deposited on the membrane. If the membrane 136 is deflected with the piezoelectric film due to pressure variations, a voltage is generated in the piezoelectric material, which is proportional to the membrane deflection. This voltage is electrically between the electrodes of the stack 137 measured to determine the corresponding pressure change.

2A stellt gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Querschnitts-Seitenansicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung aufweist. Bei einem Beispiel kann das Gehäusesubstrat 200 mit mehreren Bauelementen (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, RF-Transceiver, etc.) gekoppelt oder an diese angebracht sein, und es kann auch mit einer gedruckten Schaltungsplatine (z.B. PCB 110) gekoppelt oder an diese angebracht sein. Das Gehäusesubstrat 200 (z.B. organisches Substrat) umfasst organische dielektrische Schichten 202 und leitfähige Schichten 225-227, 232 und 236. Das Gehäusesubstrat 200 kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung gebildet werden (z.B. auf Panel-Ebene). Ein Hohlraum 242 wird innerhalb des Gehäusesubstrats 200 gebildet, indem eine oder mehrere Schichten (z.B organische Schichten, dielektrische Schichten, etc.) aus dem Gehäusesubstrat 200 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit den leitfähigen Strukturen 232 und 236 und piezoelektrischem Material, das sandwichartig zwischen denselben angeordnet ist, gebildet. Die leitfähige Struktur 232 kann als obere Elektrode agieren und die leitfähige, bewegbare Basisstruktur 236 (z.B. die Membran 236) kann als untere Elektrode der piezoelektrischen Vorrichtung agieren. Der Hohlraum 242 kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. Die leitfähige Struktur 236 ist an den Rändern durch Gehäuseverbindungen 226 und 227 (z.B. Verankerungen, Vias) verankert, die sowohl als mechanische Verankerungen wie auch als elektrische Verbindungen zu dem Rest des Gehäuses dienen können. 2A 12 illustrates, in accordance with one embodiment, a cross-sectional side view of a package substrate having a package integrated piezoelectric pressure sensing device. In one example, the package substrate 200 may be coupled or attached to multiple devices (eg die, chip, cpu, silicon die or chip, rf transceiver, etc.), and it may also be connected to a printed circuit board (eg PCB 110 ) or attached to this. The housing substrate 200 (eg, organic substrate) includes organic dielectric layers 202 and conductive layers 225 - 227 . 232 and 236 , The housing substrate 200 can be formed during package substrate processing (eg, panel level). A cavity 242 becomes inside the case substrate 200 formed by one or more layers (eg, organic layers, dielectric layers, etc.) from the package substrate 200 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device with the conductive structures 232 and 236 and piezoelectric material sandwiched therebetween. The conductive structure 232 may act as the upper electrode and the conductive, movable base structure 236 (eg the membrane 236 ) may act as the lower electrode of the piezoelectric device. The cavity 242 may be air filled or vacuum filled. The conductive structure 236 is at the edges by housing connections 226 and 227 (eg anchors, vias) anchored, which can serve as mechanical anchors as well as electrical connections to the rest of the housing.

Die Basisstruktur 236 (z.B. die Membran 236) kann als Teil von einer der leitfähigen Substratschichten (z.B. Kuperleiterbahnen) strukturiert werden. Ein Hohlraum 242 wird innerhalb des Gehäusesubstrats 200 gebildet, indem eine oder mehrere Schichten (z.B organische Schichten, dielektrische Schichten, etc.) aus dem Gehäusesubstrat 200 entfernt werden, um es der Membran zu erlauben, sich zu bewegen und eine Referenzdruckkammer zu erzeugen. Der Hohlraum 242 ist luftdicht hergestellt, indem sichergestellt ist, dass seine inneren Oberflächen 210-212 alle mit hermetisch abdichtendem Material 260 (z.B. Metall, SiN, SiO2, etc.) strukturiert oder beschichtet sind. Das stellt sicher, dass der Druck innerhalb des Hohlraums von dem Druck außerhalb isoliert bleibt. Veränderungen in dem Außen-(Umgebungs-) -Druck erzeugen eine Druckdifferenz, die verursacht, dass die Membran in die vertikale Richtung abgelenkt wird.The basic structure 236 (eg the membrane 236 ) may be patterned as part of one of the conductive substrate layers (eg, copper traces). A cavity 242 becomes inside the case substrate 200 formed by one or more layers (eg, organic layers, dielectric layers, etc.) from the package substrate 200 are removed to allow the membrane to move and create a reference pressure chamber. The cavity 242 is made airtight by ensuring that its interior surfaces 210 - 212 all with hermetically sealing material 260 (For example, metal, SiN, SiO 2, etc.) are structured or coated. This ensures that the pressure within the cavity remains isolated from the pressure outside. Changes in the outside (ambient) pressure create a pressure difference that causes the diaphragm to deflect in the vertical direction.

Zum Messen der Ablenkung, und somit der Druckveränderung, ist ein piezoelektrischer Stapel 237 auf der Membran abgeschieden. Der Stapel 237 umfasst ein piezoelektrisches Material 234 (z.B. PZT, KNN, ZnO oder andere Materialien), das zwischen leitfähigen Elektroden sandwichartig angeordnet ist. Die Membran selbst kann, wie in 2A gezeigt, als eine der Elektroden genutzt werden, oder alternativ kann ein separates leitfähiges Material 275 für diese untere Elektrode genutzt werden, wie in 2B dargestellt ist, die gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Querschnitts-Seitenansicht eines Gehäusesubstrats 250 darstellt, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung aufweist. Falls die Membran 276 leitfähig ist, kann dann zuerst eine isolierende Schicht 294 auf die Membran 276 abgeschieden werden, um die untere Elektrode 275 elektrisch von der leitfähigen Membran 276 zu entkoppeln. Das Gehäusesubstrat 250 umfasst organische dielektrische Schichten 268 und leitfähige Schichten 285-288, 272, 275 und 276. Ein Hohlraum 282 wird innerhalb des Gehäusesubstrats 250 gebildet, indem eine oder mehrere Schichten (z.B organische Schichten, dielektrische Schichten, etc.) aus dem Gehäusesubstrat 250 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit einem Stapel 277 gebildet, der die leitfähigen schwingenden Strukturen 272 und 275 und piezoelektrisches Material 274 umfasst, das zwischen denselben sandwichartig angeordnet ist.To measure the deflection, and thus the pressure change, is a piezoelectric stack 237 deposited on the membrane. The stack 237 comprises a piezoelectric material 234 (eg PZT, KNN, ZnO or other materials) sandwiched between conductive electrodes. The membrane itself can, as in 2A shown to be used as one of the electrodes, or alternatively may be a separate conductive material 275 be used for this lower electrode, as in 2 B which, according to one embodiment, is a cross-sectional side view of a package substrate 250 which has a housing-integrated piezoelectric pressure sensing device. If the membrane 276 is conductive, then can first an insulating layer 294 on the membrane 276 be deposited to the bottom electrode 275 electrically from the conductive membrane 276 to decouple. The housing substrate 250 includes organic dielectric layers 268 and conductive layers 285 - 288 . 272 . 275 and 276 , A cavity 282 becomes inside the case substrate 250 formed by one or more layers (eg, organic layers, dielectric layers, etc.) from the package substrate 250 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device with a stack 277 formed, which is the conductive oscillating structures 272 and 275 and piezoelectric material 274 sandwiched between them.

Wenn eine Membran (z.B. 236, 276), die eine minimale Dicke aufweist, physisch oder mechanisch mit dem piezoelektrischen Material (z.B. 234, 274) gekoppelt ist, wird diese Membran aufgrund von Druckveränderungen abgelenkt, und eine Spannung, die proportional ist zu der Membranablenkung, wird in dem piezoelektrischen Material erzeugt. Diese Spannung wird elektrisch zwischen den Elektroden gemessen, um die entsprechende Druckveränderung zu bestimmen. Bei einem Beispiel, verursacht ein Umgebungsdruck, der größer ist als der Hohlraumdruck, eine Abwärtsablenkung der Membran.If a membrane (eg 236 . 276 ) having a minimum thickness, physically or mechanically with the piezoelectric material (eg 234 . 274 ), this membrane is deflected due to pressure variations, and a voltage proportional to the membrane deflection is generated in the piezoelectric material. This voltage is measured electrically between the electrodes to determine the corresponding pressure change. In one example, an ambient pressure greater than the cavity pressure causes downward deflection of the membrane.

Der Hohlraum (z.B. 242, 282) muss luftdicht sein, um den Druck innerhalb desselben von dem Außendruck isoliert zu halten. Aufgrund der porösen Natur organischer dielektrischer Schichten müssen die Innenwände des Hohlraums mit einem hermetisch abdichtenden Material (z.B. 260, 262) beschichtet oder strukturiert sein, wie beispielsweise Metall oder Keramik oder anderen Abdichtungsmaterialien. Das kann z.B. durch die Verwendung von Kupfer- (Cu-) - Schichten für die oberen und unteren Wände und einem Cu-Viaring für die Seitenwände erreicht werden, oder durch Abscheiden einer hermetischen Schicht (z.B. SiN, SiO2, etc.), die eine bestimmte Dicke aufweist, (z.B. 50-100 Nanometer, etc.) um nach Erschaffen des Hohlraums die Innenwände zu beschichten.The cavity (eg 242 . 282 ) must be airtight to keep the pressure inside it isolated from the outside pressure. Due to the porous nature of organic dielectric layers, the interior walls of the cavity must be sealed with a hermetically sealing material (eg 260 . 262 ) or structured, such as metal or ceramic or other sealing materials. This can be achieved, for example, by the use of copper (Cu) layers for the top and bottom walls and Cu viaring for the sidewalls, or by depositing a hermetic layer (eg, SiN, SiO2, etc.) that has a has certain thickness (eg 50-100 nanometers, etc.) to coat the interior walls after creating the cavity.

3 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung 330 aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung). Das Gehäusesubstrat 300 (z.B. organisches Substrat), das die organischen dielektrischen Schichten 302 und die leitfähigen Schichten 332 und 325 umfasst, kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung gebildet werden (z.B. auf Panel-Ebene). Das Gehäusesubstrat 300 kann eine Draufsicht der Druckerfassungsvorrichtung 230 aus 2A sein. 3 In another embodiment, FIG. 12 illustrates a top view of a package substrate that includes a package integrated piezoelectric device 330 has (for example, a pressure sensing device). The housing substrate 300 (eg, organic substrate) containing the organic dielectric layers 302 and the conductive layers 332 and 325 may be formed during package substrate processing (eg, panel level). The housing substrate 300 can be a top view of the pressure sensing device 230 out 2A be.

Ein Hohlraum wird innerhalb des Gehäusesubstrats 300 gebildet, indem eine oder mehrere organische dielektrische Schichten 302 aus dem Substrat 300 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit leitfähigen, schwingenden Strukturen und piezoelektrischem Material, das sandwichartig zwischen denselben angeordnet ist, gebildet. Die leitfähige Struktur 332 kann als obere Elektrode agieren und entweder eine Region der leitfähigen, beweglichen Basisstruktur (z.B. die Membran 236 aus 2A) oder eine separate Struktur kann als untere Elektrode der piezoelektrischen Vorrichtung agieren.A cavity becomes within the housing substrate 300 formed by one or more organic dielectric layers 302 from the substrate 300 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device having conductive, vibrating structures and piezoelectric material sandwiched therebetween is formed. The conductive structure 332 may act as an upper electrode and either a region of the conductive, movable base structure (eg, the membrane 236 out 2A) or a separate structure may act as the lower electrode of the piezoelectric device.

Obgleich 3 eine spezifische Membranform (z.B. rund) zeigt, können andere Ausführungsbeispiele andere Membranformen haben (z.B. 4-8, Quadrat, Rechteck, andere polygonale Form, etc.), um andere Spannungsantwortkennwerte zu erreichen. Eine Membran, die einen größeren Bereich aufweist, würde eine größere Spannung zwischen den Elektroden erzeugen. Auch können unterschiedliche Elektrodenformen mit Kontakten auf einer oder mehreren Seiten des Hohlraums vorgesehen sein. Ähnlich muss ein piezoelektrischer Stapel nicht eine ganze Membran abdecken, wie in 4-8 gezeigt ist.Although 3 shows a specific membrane shape (eg, round), other embodiments may have other membrane shapes (eg 4-8 , Square, rectangle, other polygonal shape, etc.) to achieve other voltage response characteristics. A membrane having a larger area would create a larger voltage between the electrodes. Also, different electrode shapes may be provided with contacts on one or more sides of the cavity. Similarly, a piezoelectric stack does not have to cover a whole membrane, as in FIG 4-8 is shown.

4 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung mit einer quadratisch geformten Membran). Das Gehäusesubstrat 400 (z.B. organisches Substrat), das organische dielektrische Schichten 402 und leitfähige Schichten 425, 432 und 436 umfasst, kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung gebildet werden (z.B. auf Panel-Ebene). 4 According to another embodiment, it is a plan view of a package substrate having a package integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device having a square shaped membrane). The housing substrate 400 (eg organic substrate), the organic dielectric layers 402 and conductive layers 425 . 432 and 436 may be formed during package substrate processing (eg, panel level).

Bei einem Beispiel kann das Gehäusesubstrat 400 mit mehreren Bauelementen (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, RF-Transceiver, etc.) gekoppelt oder an diesen angebracht sein, und es kann auch mit einer gedruckten Schaltungsplatine (z.B. PCB 110) gekoppelt oder an diese angebracht sein. Ein Hohlraum wird innerhalb des Gehäusesubstrats 400 gebildet, indem eine oder mehrere organische dielektrische Schichten 402 aus dem Substrat 400 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit leitfähigen Strukturen 432 und 436 und piezoelektrischem Material, das sandwichartig zwischen ihnen angeordnet ist, gebildet. Die leitfähige Struktur 432 kann als obere Elektrode agieren und entweder eine Region der leitfähigen, beweglichen Basisstruktur 436 (z.B. die Ablenkungsmembran 436) oder eine separate Struktur kann als untere Elektrode der piezoelektrischen Vorrichtung agieren. Bei einem Beispiel ist das piezoelektrische Material auf der unteren Elektrode angeordnet und die obere Elektrode ist auf dem piezoelektrischen Material angeordnet. Der Hohlraum kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. Die leitfähige Struktur 432 ist an einem Rand durch eine Gehäuseverbindung 425 (z.B. Verankerungen, Vias) verankert, die sowohl als mechanische Verankerung wie auch als eine elektrische Verbindung zu dem Rest des Gehäuses dienen kann.In one example, the package substrate 400 It can also be coupled to or attached to multiple components (eg die, chip, CPU, silicon die or chip, RF transceiver, etc.), and it can also be connected to a printed circuit board (eg PCB 110 ) or attached to this. A cavity becomes within the housing substrate 400 formed by one or more organic dielectric layers 402 from the substrate 400 be removed. For an example a piezoelectric pressure sensing device with conductive structures 432 and 436 and piezoelectric material sandwiched between them. The conductive structure 432 may act as an upper electrode and either a region of the conductive, movable base structure 436 (eg the diversion membrane 436 ) or a separate structure may act as the lower electrode of the piezoelectric device. In one example, the piezoelectric material is disposed on the lower electrode and the upper electrode is disposed on the piezoelectric material. The cavity may be air-filled or vacuum-filled. The conductive structure 432 is at one edge through a housing connection 425 (eg anchors, vias) anchored, which can serve both as a mechanical anchorage as well as an electrical connection to the rest of the housing.

5 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung mit einer rund geformten Membran). Das Gehäusesubstrat 500 (z.B. organisches Substrat), das organische dielektrische Schichten 502 und leitfähige Schichten 525-528, 532 und 536 umfasst, kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung (z.B. auf Panel-Ebene) gebildet werden. 5 In another embodiment, FIG. 12 illustrates a top view of a package substrate having a package integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device with a circular shaped membrane). The housing substrate 500 (eg organic substrate), the organic dielectric layers 502 and conductive layers 525 - 528 . 532 and 536 may be formed during package substrate processing (eg, panel level).

Bei einem Beispiel kann das Gehäusesubstrat 500 mit mehreren Bauelementen (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, RF-Transceiver, etc.) gekoppelt oder an diese angebracht sein, und es kann auch mit einer gedruckten Schaltungsplatine (z.B. PCB 110) gekoppelt oder an diese angebracht sein. Ein Hohlraum wird innerhalb des Gehäusesubstrats 500 gebildet, indem eine oder mehrere organische dielektrische Schichten 502 aus dem Substrat 500 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit den leitfähigen Strukturen 532 und 536 und piezoelektrischem Material, das sandwichartig zwischen ihnen angeordnet ist, gebildet. Die leitfähige Struktur 532 kann als obere Elektrode agieren und entweder eine Region der leitfähigen, beweglichen Basisstruktur 536 (z.B. die Ablenkungsmembran 536) oder eine separate Struktur kann als untere Elektrode der piezoelektrischen Vorrichtung agieren. Bei einem Beispiel ist das piezoelektrische Material auf der unteren Elektrode angeordnet und die obere Elektrode ist auf dem piezoelektrischen Material angeordnet. Der Hohlraum kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. Die leitfähige Struktur 532 ist durch Gehäuseverbindungen 525 -528 (z.B. Verankerungen, Vias) verankert, die sowohl als mechanische Verankerungen wie auch als elektrische Verbindungen zu dem Rest des Gehäuses dienen können.In one example, the package substrate 500 may be coupled or attached to multiple devices (eg die, chip, cpu, silicon die or chip, rf transceiver, etc.), and it may also be connected to a printed circuit board (eg PCB 110 ) or attached to this. A cavity becomes within the housing substrate 500 formed by one or more organic dielectric layers 502 from the substrate 500 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device with the conductive structures 532 and 536 and piezoelectric material sandwiched between them. The conductive structure 532 may act as an upper electrode and either a region of the conductive, movable base structure 536 (eg the diversion membrane 536 ) or a separate structure may act as the lower electrode of the piezoelectric device. In one example, the piezoelectric material is disposed on the lower electrode and the upper electrode is disposed on the piezoelectric material. The cavity may be air-filled or vacuum-filled. The conductive structure 532 is through housing connections 525 - 528 (eg anchors, vias) anchored, which can serve as mechanical anchors as well as electrical connections to the rest of the housing.

6 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung mit verzahnten Elektroden). Das Gehäusesubstrat 600 (z.B. organisches Substrat), das organische dielektrische Schichten 602 und leitfähige Schichten 625-626, 632 und 636 umfasst, kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung (z.B. auf Panel-Ebene) gebildet werden. 6 In another embodiment, FIG. 12 illustrates a plan view of a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure-sensing device with interdigitated electrodes). The housing substrate 600 (eg organic substrate), the organic dielectric layers 602 and conductive layers 625 - 626 . 632 and 636 may be formed during package substrate processing (eg, panel level).

Bei einem Beispiel kann das Gehäusesubstrat 600 mit mehreren Bauelementen (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, RF-Transceiver, etc.) gekoppelt oder an diese angebracht sein, und es kann auch mit einer gedruckten Schaltungsplatine (z.B. PCB 110) gekoppelt oder an diese angebracht sein. Ein Hohlraum wird innerhalb des Gehäusesubstrats 600 gebildet, indem eine oder mehrere organische dielektrische Schichten 602 von dem Substrat 600 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit den leitfähigen Strukturen 632 und 636 und piezoelektrischem Material 634 gebildet. Die leitfähigen Strukturen 632 und 636 wirken als erste und zweite verzahnte Elektrode auf einer selben Seite des piezoelektrischen Materials 634. Eine Ablenkungsmembran (z.B. 836 in 8, die eine Querschnittsansicht AA von 6 repräsentiert), wird ansprechend auf eine Veränderung bei dem Umgebungsdruck abgelenkt. Ein Hohlraum (z.B. 842 in 8) kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. Die Elektroden 632 und 636 sind durch Gehäuseverbindungen 625-626 (z.B. Verankerungen, Vias) verankert, die sowohl als mechanische Verankerungen wie auch als elektrische Verbindungen zu dem Rest des Gehäuses dienen können.In one example, the package substrate 600 may be coupled or attached to multiple devices (eg die, chip, cpu, silicon die or chip, rf transceiver, etc.), and it may also be connected to a printed circuit board (eg PCB 110 ) or attached to this. A cavity becomes within the housing substrate 600 formed by one or more organic dielectric layers 602 from the substrate 600 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device with the conductive structures 632 and 636 and piezoelectric material 634 educated. The conductive structures 632 and 636 act as first and second toothed electrode on a same side of the piezoelectric material 634 , A diversion membrane (eg 836 in 8th which is a cross-sectional view AA from 6 represents) is deflected in response to a change in ambient pressure. A cavity (eg 842 in 8th ) may be air filled or vacuum filled. The electrodes 632 and 636 are through housing connections 625 - 626 (eg anchors, vias) anchored, which can serve as mechanical anchors as well as electrical connections to the rest of the housing.

7 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Draufsicht eines Gehäusesubstrats dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrisch Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung bei der die ersten und zweiten Elektroden auf dem piezoelektrischen Material angeordnet sind). Das Gehäusesubstrat 700 (z.B. organisches Substrat), das die organischen dielektrischen Schichten 702 und die leitfähigen Schichten 725-726, 732 und 736 umfasst, kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung (z.B. auf Panel-Ebene) gebildet werden. 7 According to another embodiment, it is a plan view of a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device in which the first and second electrodes are disposed on the piezoelectric material). The housing substrate 700 (eg, organic substrate) containing the organic dielectric layers 702 and the conductive layers 725 - 726 . 732 and 736 may be formed during package substrate processing (eg, panel level).

Bei einem Beispiel kann das Gehäusesubstrat 700 mit mehreren Bauelementen (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, RF-Transceiver, etc.) gekoppelt oder an diese angebracht sein, und es kann auch mit einer gedruckten Schaltungsplatine (z.B. PCB 110) gekoppelt oder an diese angebracht sein. Ein Hohlraum wird innerhalb des Gehäusesubstrats 700 gebildet, indem eine oder mehrere organische dielektrische Schichten 702 von dem Substrat 700 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung mit den leitfähigen Strukturen 732 und 736 und piezoelektrischem Material 734 gebildet. Die leitfähigen Strukturen 732 und 736 wirken als erste und zweite Elektrode auf einer selben Seite des piezoelektrischen Materials 734, während eine Ablenkungsmembran (z.B 836 in 8, die eine Querschnittsansicht BB von 7 repräsentiert), ansprechend auf eine Veränderung bei dem Umgebungsdruck ablenkt. Ein Hohlraum (z.B. 842 in 8) kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. Die Elektroden 732 und 736 sind durch Gehäuseverbindungen 725-726 (z.B. Verankerungen, Vias) verankert, die sowohl als mechanische Verankerungen wie auch als elektrische Verbindungen zu dem Rest des Gehäuses dienen können.In one example, the package substrate 700 may be coupled or attached to multiple devices (eg die, chip, cpu, silicon die or chip, rf transceiver, etc.), and it may also be connected to a printed circuit board (eg PCB 110 ) or attached to this. A cavity becomes within the housing substrate 700 formed by one or more organic dielectric layers 702 from the substrate 700 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device with the conductive structures 732 and 736 and piezoelectric material 734 educated. The conductive structures 732 and 736 act as first and second electrodes on a same side of the piezoelectric material 734 while a deflection membrane (eg 836 in 8th which is a cross-sectional view BB from 7 represents) in response to a change in ambient pressure. A cavity (eg 842 in 8th ) may be air filled or vacuum filled. The electrodes 732 and 736 are through housing connections 725 - 726 (eg anchors, vias) anchored, which can serve as mechanical anchors as well as electrical connections to the rest of the housing.

8 stellt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eine Querschnittsansicht AA von 6 und auch eine Querschnittsansicht BB von 7 von einem Gehäusesubstrat dar, das eine Gehäuse-integrierte piezoelektrische Vorrichtung aufweist (z.B. eine Druckerfassungsvorrichtung bei der die erste und zweite Elektrode auf einer gleichen Seite eines piezoelektrischen Materials angeordnet sind). Das Gehäusesubstrat 800 (z.B. organisches Substrat), das organische dielektrische Schichten 802 und leitfähige Schichten 825-827, 832 und 836 umfasst, kann während einer Gehäusesubstratverarbeitung (z.B. auf Panel-Ebene) gebildet werden. 8th represents according to another embodiment, a cross-sectional view AA from 6 and also a cross-sectional view BB of 7 a package substrate having a package-integrated piezoelectric device (eg, a pressure sensing device in which the first and second electrodes are disposed on a same side of a piezoelectric material). The housing substrate 800 (eg organic substrate), the organic dielectric layers 802 and conductive layers 825 - 827 . 832 and 836 may be formed during package substrate processing (eg, panel level).

Bei einem Beispiel kann das Gehäusesubstrat 800 mit mehreren Bauelementen (z.B. Die, Chip, CPU, Siliziumdie oder -chip, RF-Transceiver, etc.) gekoppelt oder an diese angebracht sein, und es kann auch mit einer gedruckten Schaltungsplatine (z.B. PCB 110) gekoppelt oder an diese angebracht sein. Ein Hohlraum 842 wird innerhalb des Gehäusesubstrats 800 gebildet, indem eine oder mehrere organische dielektrische Schichten 802 aus dem Substrat 800 entfernt werden. Bei einem Beispiel wird eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung 830 mit leitfähigen Strukturen 832 und 636 oder 736, Ablenkungsmembran 836 und piezoelektrischem Material 834 gebildet. Die leitfähigen Strukturen 832 und 636 oder 736 fungieren oder wirken als erste und zweite Elektrode auf einer selben Seite des piezoelektrischen Materials 834, während eine Ablenkungsmembran 836 ansprechend auf eine Veränderung in dem Umgebungsdruck ablenkt. Ein Hohlraum 842 kann luftgefüllt oder vakuumgefüllt sein. Der Hohlraum 842 ist luftdicht hergestellt, indem sichergestellt ist, dass seine inneren Oberflächen 810-812 alle mit hermetisch abdichtendem Material 860 (z.B. Metall, SiN, SiO2, etc.) strukturiert oder beschichtet sind. Die Elektroden und die Membran sind durch Gehäuseverbindungen 825-827 (z.B. Verankerungen, Vias) verankert, die sowohl als mechanische Verankerungen wie auch als elektrische Verbindungen zu dem Rest des Gehäuses dienen können.In one example, the package substrate 800 may be coupled or attached to multiple devices (eg die, chip, cpu, silicon die or chip, rf transceiver, etc.), and it may also be connected to a printed circuit board (eg PCB 110 ) or attached to this. A cavity 842 becomes inside the case substrate 800 formed by one or more organic dielectric layers 802 from the substrate 800 be removed. In one example, a piezoelectric pressure sensing device 830 with conductive structures 832 and 636 or 736 , Diversion membrane 836 and piezoelectric material 834 educated. The conductive structures 832 and 636 or 736 act as first and second electrodes on a same side of the piezoelectric material 834 while a diversion membrane 836 in response to a change in ambient pressure. A cavity 842 may be air filled or vacuum filled. The cavity 842 is made airtight by ensuring that its interior surfaces 810 - 812 all with hermetically sealing material 860 (For example, metal, SiN, SiO 2, etc.) are structured or coated. The electrodes and the membrane are through housing connections 825 - 827 (eg anchors, vias) anchored, which can serve as mechanical anchors as well as electrical connections to the rest of the housing.

Es wird darauf hingewiesen, dass in einem System oder in einem Chip-Ausführungsbeispiel, der Die einen Prozessor, Speicher, Kommunikationsschaltungsanordnung und Ähnliche umfassen kann. Obgleich ein einzelner Die dargestellt ist, können auch keine oder mehrere Dies in der selben Region der mikroelektronischen Vorrichtung umfasst sein.It should be understood that in a system or chip embodiment, the die may include a processor, memory, communications circuitry, and the like. Although a single die is illustrated, none or more dies may be included in the same region of the microelectronic device.

Bei einem Ausführungsbeispiel kann die mikroelektronische Vorrichtung ein kristallines Substrat sein, dass unter Verwendung von Bulk-Silizium oder einer Silizium-auf-Isolator-Teilstruktur gebildet wurde. Bei anderen Implementierungen kann die mikroelektronische Vorrichtung unter Verwendung von wechselnden Materialien gebildet sein, die mit Silizium kombiniert sein können oder nicht, die Germanium, Indiumantimonid, Bleitellurid. Indiumarsenid, Indiumphosphid, Galliumarsenid, Indiumgalliumarsenid, Galliumantimonid oder andere Kombinationen von Gruppe III-V oder Gruppe IV Materialien umfassen, aber nicht auf diese beschränkt sind. Obwohl einige Beispiele von Materialien, aus denen das Substrat gebildet sein kann, hier beschrieben sind, befindet sich jegliches Material, das als Grundlage dienen kann auf der eine Halbleitervorrichtung gebaut werden kann, im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.In one embodiment, the microelectronic device may be a crystalline substrate formed using bulk silicon or a silicon on insulator substructure. In other implementations, the microelectronic device may be formed using alternating materials that may or may not be combined with silicon, the germanium, indium antimonide, lead telluride. Indium arsenide, indium phosphide, gallium arsenide, indium gallium arsenide, gallium antimonide, or other combinations of Group III-V or Group IV materials include, but are not limited to. Although some examples of materials from which the substrate may be formed are described herein, any material that may serve as a basis upon which a semiconductor device may be constructed is within the scope of the present invention.

Die mikroelektronische Vorrichtung kann eine einer Mehrzahl mikroelektronischer Vorrichtungen sein, die auf einem größeren Substrat gebildet sind, wie beispielsweise einem Wafer. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die mikroelektronische Vorrichtung ein Wafer-Ebene-Chip-Größenordnung-Gehäuse (WLCSP; wafer level chip scale package) sein. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die mikroelektronische Vorrichtung von dem Wafer nach Verpackungsoperationen vereinzelt werden, wie beispielsweise der Bildung von ein oder mehreren piezoelektrischen schwingenden Bauelementen.The microelectronic device may be one of a plurality of microelectronic devices formed on a larger substrate, such as a wafer. In one embodiment, the microelectronic device may be a wafer level chip scale package (WLCSP). In certain embodiments, the microelectronic device may be singulated from the wafer after packaging operations, such as the formation of one or more piezoelectric vibrating devices.

Auf einer Oberfläche der mikroelektronischen Vorrichtung können ein oder mehrere Kontakte gebildet sein. Die Kontakte können eine oder mehrere leitfähige Schichten umfassen. Beispielhalber können die Kontakte Sperrschichten, organische Oberflächenschutz (OSP, organic surface protection) -Schichten, metallische Schichten, oder jegliche Kombination derselben umfassen. Die Kontakte können elektrische Verbindungen bereitstellen, um Vorrichtungsschaltungen (nicht gezeigt) innerhalb des Dies zu aktivieren. Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen einen oder mehrere Löthöcker oder Lötverbindungen, die alle elektrisch mit einem Kontakt gekoppelt sind. Die Löthöcker oder Lötverbindungen können elektrisch mit den Kontakten gekoppelt sein, durch eine oder mehrere Redistributionsschichten oder leitfähige Vias.One or more contacts may be formed on a surface of the microelectronic device. The contacts may include one or more conductive layers. For example, the contacts may include barrier layers, organic surface protection (OSP) layers, metallic layers, or any combination thereof. The contacts may provide electrical connections to activate device circuits (not shown) within the die. Embodiments of the invention include one or more solder bumps or solder joints, all of which are electrically coupled to a contact. The solder bumps or solder joints may be electrically coupled to the contacts, through one or more redistribution layers, or conductive vias.

9 stellt eine Rechenvorrichtung 1500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die Rechenvorrichtung 1500 häust eine Platine 1502. Die Platine 1502 kann eine Anzahl von Komponenten umfassen, einschließlich aber nicht beschränkt auf einen Prozessor 1504 und zumindest einen Kommunikationschip 1506. Der Prozessor 1504 ist physisch und elektrisch mit der Platine 1502 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen kann der zumindest ein Kommunikationschip 1506 ferner physisch und elektrisch mit der Platine 1502 gekoppelt sein. Bei weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 1506 Teil des Prozessors 1504. 9 represents a computing device 1500 according to an embodiment of the invention. The computing device 1500 Hoards a board 1502 , The board 1502 may include a number of components, including but not limited to a processor 1504 and at least one communication chip 1506 , The processor 1504 is physical and electrical with the board 1502 coupled. In some implementations, the at least one communication chip 1506 also physically and electrically with the board 1502 be coupled. In further implementations, the communication chip is 1506 Part of the processor 1504 ,

Abhängig von ihren Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 1500 andere Komponenten umfassen, die physisch und elektrisch mit der Platine 1502 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf einen flüchtigen Speicher (z.B. DRAM 1510, 1511), einen nichtflüchtigen Speicher (z.B. ROM 1512), einen Flash-Speicher, einen Graphikprozessor 1516, einen digitalen Signalprozessor, einen Krypto-Prozessor, einen Chipsatz 1514, eine Antenne 1520, ein Display, eine Touchscreen-Anzeige 1530, eine Touchscreen-Steuerung 1522, eine Batterie 1532, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker 1515, ein GPS-Bauelement (global positioning system; globales Positionierungssystem) 1526, einen Kompass 1524, eine Druckerfassungsvorrichtung 1540 (z.B. eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung), ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera 1550, und eine Massenspeichervorrichtung (wie beispielsweise Festplattenlaufwerk, CD (compact disk), DVD (digital versatile disk) usw.).Depending on their applications, the computing device may 1500 Include other components that are physically and electrically connected to the board 1502 coupled or not. These other components include, but are not limited to, volatile memory (eg, DRAM 1510 . 1511 ), a non-volatile memory (eg ROM 1512 ), a flash memory, a graphics processor 1516 , a digital signal processor, a crypto processor, a chipset 1514 , an antenna 1520 , a display, a touchscreen display 1530 , a touch screen control 1522 , a battery 1532 , an audio codec, a video codec, a power amplifier 1515 , a GPS device (global positioning system) 1526 , a compass 1524 , a pressure sensing device 1540 (eg, a piezoelectric pressure sensing device), a gyroscope, a speaker, a camera 1550 , and a mass storage device (such as hard disk drive, compact disc (CD), digital versatile disk (DVD), etc.).

Der Kommunikationschip 1506 ermöglicht eine drahtlose Kommunikation für die Übertragung von Daten zu und von der Rechenvorrichtung 1500. Der Ausdruck „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Bauelemente, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle etc. zu beschreiben, die Daten durch die Verwendung modulierter, elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Ausdruck impliziert nicht, dass die zugeordneten Bauelemente nicht irgendwelche Drähte enthalten, obwohl sie dies bei einigen Ausführungsbeispielen möglicherweise nicht tun. Der Kommunikationschip 1506 kann jegliche Anzahl von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, einschließlich aber nicht beschränkt auf Wi-Fi (IEEE 802.11 Familie), WiMAX (IEEE 802.16 Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, und Ableitungen davon, sowie jeglichen anderen drahtlosen Protokolle, die bezeichnet werden als 3G, 4G, 5G, und darüber hinaus. Die Rechenvorrichtung 1500 kann eine Mehrzahl von Kommunikationschips 1506 umfassen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip 1506 zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikation mit kürzerem Bereich, wie beispielsweise Wi-Fi, WiGig und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikationschip 1506 kann zweckgebunden sein für drahtlose Kommunikation mit längerem Bereich, wie beispielsweise GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, 5G und andere.The communication chip 1506 enables wireless communication for the transmission of data to and from the computing device 1500 , The term "wireless" and its derivatives can be used to describe circuits, devices, systems, methods, techniques, communication channels, etc. that can communicate data through the use of modulated electromagnetic radiation through a non-solid medium. The term does not imply that the associated devices do not include any wires, although they may not do so in some embodiments. The communication chip 1506 can implement any number of wireless standards or protocols, including but not limited to Wi-Fi (IEEE 802.11 family), WiMAX (IEEE 802.16 family), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA +, HSDPA +, HSUPA + , EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, and derivatives thereof, as well as any other wireless protocols referred to as 3G, 4G, 5G, and beyond. The computing device 1500 can a plurality of communication chips 1506 include. For example, a first communication chip 1506 earmarked for shorter range wireless communication such as Wi-Fi, WiGig and Bluetooth, and a second communication chip 1506 may be earmarked for longer range wireless communication such as GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, 5G and others.

Der Prozessor 1504 der Rechenvorrichtung 1500 umfasst einen integrierten Schaltungsdie, der innerhalb des Prozessors 1504 gehäust ist. Bei einigen Implementierungen der Erfindung umfasst das integrierte Schaltungs-Prozessorgehäuse oder die Platine 1502 ein oder mehrere Bauelemente, wie beispielsweise Druckerfassungsvorrichtungen gemäß Implementierungen der Ausführungsbeispiele der Erfindung. Der Ausdruck „Prozessor“ kann sich auf jegliche Vorrichtung oder Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die elektronische Daten aus Registern und/oder Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in Registern und/oder Speicher gespeichert werden können. Der Kommunikationschip 1506 umfasst ferner einen integrierten Schaltungsdie, der innerhalb des Kommunikationschips 1506 gehäust ist. Die folgenden Beispiele beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele.

  • Beispiel 1 ist eine Druckerfassungsvorrichtung, umfassend eine Membran, die in der Nähe zu einem Hohlraum eines organischen Substrats positioniert ist, ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist, und eine Elektrode, die in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material ist. Die Membran wird ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt, und diese Ablenkung führt zur Erzeugung einer Spannung in dem piezoelektrischen Material, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist. Bei Beispiel 2 kann der Gegenstand von Beispiel 1 optional die Druckerfassungsvorrichtung umfassen, die mit dem organischen Substrat integriert ist, das unter Verwendung von Verarbeitung auf Panel-Ebene hergestellt wird. Die Membran ist über dem Hohlraum des organischen Substrats positioniert, um eine Ablenkung der Membran zu erlauben.
  • Bei Beispiel 3 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 1-2 optional die Membran umfassen, die jegliche Art einer geometrischen Form aufweist, umfassend ein Quadrat, ein Rechteck, einen Kreis, oder eine andere polygonale Form.
  • Bei Beispiel 4 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 1-3 optional umfassen, dass diese Spannung zwischen der Elektrode und der Membran, die als eine andere Elektrode agiert, gemessen wird.
  • Bei Beispiel 5 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 1-4 optional ein hermetisch abdichtendes Material umfassen, das auf den inneren Oberflächen des Hohlraums angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraums einen abgedichteten Referenzdruck zu erzeugen.
  • Bei Beispiel 6 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 1-5 optional eine isolierende Schicht umfassen, die auf der Membran angeordnet ist und eine zusätzliche Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist, die die Membran und die zusätzliche Elektrode elektrisch entkoppelt.
  • Bei Beispiel 7 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 1-6 optional umfassen, dass die Spannung zwischen der Elektrode und der zusätzlichen Elektrode ansprechend auf die Ablenkung der Membran gemessen wird.
  • Bei Beispiel 8 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 1-7 optional umfassen, dass die Elektrode an eine erste elektrische Verbindung des organischen Substrats in der Nähe zu einem Ende des Hohlraums des organischen Substrats gekoppelt ist, und die Membran an eine zweite elektrische Verbindung des organischen Substrats in der Nähe zu demselben Ende des Hohlraums gekoppelt ist.
  • Beispiel 9 ist ein Gehäusesubstrat, umfassend eine Mehrzahl von organischen, dielektrischen Schichten und eine Mehrzahl von leitfähigen Schichten zum Bilden des Gehäusesubstrats, einen in dem Gehäusesubstrat gebildeten Hohlraum und eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung, die innerhalb des Gehäusesubstrats integriert ist, umfassend eine Membran, die in der Nähe zu dem Hohlraum positioniert ist, ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist, und eine erste und zweite Elektrode, die in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material sind. Die Membran wird ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt, und diese Ablenkung führt zur Erzeugung einer Spannung in dem piezoelektrischen Material, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist.
  • Bei Beispiel 10 kann der Gegenstand von Beispiel 9 optional umfassen, dass das Gehäusesubstrat unter Verwendung von Verarbeitung auf Panel-Ebene hergestellt wird. Die Membran ist über dem Hohlraum des Gehäusesubstrats positioniert, um eine Ablenkung der Membran zu erlauben.
  • Bei Beispiel 11 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 9-10 optional umfassen, dass die Membran jegliche Art einer geometrischen Form aufweisen kann, umfassend ein Quadrat, ein Rechteck, einen Kreis, oder eine andere polygonale Form.
  • Bei Beispiel 12 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 9-11 optional umfassen, dass die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode gemessen wird.
  • Bei Beispiel 13 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 9-12 optional ein hermetisch abdichtendes Material umfassen, das auf den inneren Oberflächen des Hohlraums angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraums einen abgedichteten Referenzdruck zu erzeugen.
  • Beispiel 14 ist eine Rechenvorrichtung, umfassend zumindest einen Prozessor zur Datenverarbeitung und ein Gehäusesubstrat, das an zumindest einen Prozessor gekoppelt ist. Das Gehäusesubstrat umfasst eine Mehrzahl von organischen dielektrischen Schichten und eine Mehrzahl von leitfähigen Schichten zum Bilden des Gehäusesubstrats, das eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung umfasst, umfassend eine Membran, die in der Nähe zu einem Hohlraum des Gehäusesubstrats positioniert ist, ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist und eine Elektrode, die in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material ist. Die Membran wird ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt, und diese Ablenkung führt zur Erzeugung einer Spannung in dem piezoelektrischen Material, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist.
  • Bei Beispiel 15 kann der Gegenstand von Beispiel 14 optional umfassen, dass die Druckerfassungsvorrichtung mit dem Gehäusesubstrat integriert ist, das unter Verwendung von Verarbeitung auf Panel-Ebene hergestellt wird.
  • Bei Beispiel 16 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 14-15 optional umfassen, dass die Membran über dem Hohlraum des Gehäusesubstrats positioniert ist, um Ablenkung der Membran zu erlauben.
  • Bei Beispiel 17 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 14-16 optional umfassen, dass die Spannung zwischen der Elektrode und der Membran gemessen wird, die als eine andere Elektrode agiert.
  • Bei Beispiel 18 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 14-17 optional ein hermetisch abdichtendes Material umfassen, das auf den inneren Oberflächen des Hohlraums angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraums einen festen Referenzdruck zu erzeugen.
  • Bei Beispiel 19 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 14-18 optional eine isolierende Schicht umfassen, die auf der Membran angeordnet ist, und eine zusätzliche Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist, die elektrisch die Membran und die zusätzliche Elektrode entkoppelt.
  • Bei Beispiel 20 kann der Gegenstand von jeglichem der Beispiele 14-19 optional umfassen, dass die Spannung zwischen der Elektrode und der zusätzlichen Elektrode ansprechend auf die Ablenkung der Membran gemessen wird.
  • Bei Beispiel 21 kann der Gegenstand von jeglichen der Beispiele 14-20 optional eine gedruckte Schaltungsplatine, die an das Gehäusesubstrat gekoppelt ist, umfassen.
The processor 1504 the computing device 1500 includes an integrated circuit that is inside the processor 1504 is housed. In some implementations of the invention, the integrated circuit processor housing or board includes 1502 one or more devices, such as pressure sensing devices according to implementations of embodiments of the invention. The term "processor" may refer to any device or portion of a device that processes electronic data from registers and / or memory to transform that electronic data into other electronic data that may be stored in registers and / or memory. The communication chip 1506 further includes an integrated circuit that is internal to the communication chip 1506 is housed. The following examples relate to further embodiments.
  • Example 1 is a pressure sensing device comprising a diaphragm positioned proximate to a cavity of an organic substrate, a piezoelectric material positioned proximate to the diaphragm, and an electrode in contact with the piezoelectric material. The diaphragm is deflected in response to a change in ambient pressure, and this deflection results in the generation of a voltage in the piezoelectric material, which voltage is proportional to the change in ambient pressure. In Example 2, the subject matter of Example 1 may optionally include the pressure sensing device integrated with the organic substrate fabricated using panel-level processing. The membrane is positioned over the cavity of the organic substrate to allow deflection of the membrane.
  • In Example 3, the subject matter of any of Examples 1-2 may optionally include the membrane having any type of geometric shape including a square, a rectangle, a circle, or another polygonal shape.
  • In Example 4, the subject matter of any of Examples 1-3 may optionally include that voltage between the electrode and the electrode Membrane, which acts as another electrode.
  • In Example 5, the article of any of Examples 1-4 may optionally include a hermetically sealing material disposed on the interior surfaces of the cavity to create a sealed reference pressure within the cavity.
  • In Example 6, the article of any of Examples 1-5 may optionally comprise an insulating layer disposed on the membrane and an additional electrode disposed on the insulating layer electrically decoupling the membrane and the additional electrode.
  • In Example 7, the subject matter of any of Examples 1-6 may optionally include measuring the voltage between the electrode and the additional electrode in response to the deflection of the membrane.
  • In Example 8, the subject matter of any of Examples 1-7 may optionally include the electrode coupled to a first electrical connection of the organic substrate proximate one end of the cavity of the organic substrate, and the membrane to a second electrical connection of the organic substrate organic substrate is coupled in proximity to the same end of the cavity.
  • Example 9 is a package substrate comprising a plurality of organic dielectric layers and a plurality of conductive layers for forming the package substrate, a cavity formed in the package substrate, and a piezoelectric pressure sensing device integrated within the package substrate, comprising a membrane formed in the package substrate Positioned near the cavity, a piezoelectric material positioned near the diaphragm, and first and second electrodes in contact with the piezoelectric material. The diaphragm is deflected in response to a change in ambient pressure, and this deflection results in the generation of a voltage in the piezoelectric material, which voltage is proportional to the change in ambient pressure.
  • In example 10, the subject matter of example 9 may optionally include making the package substrate using panel-level processing. The membrane is positioned over the cavity of the housing substrate to allow deflection of the membrane.
  • In Example 11, the subject matter of any of Examples 9-10 may optionally include that the membrane may have any type of geometric shape, including a square, a rectangle, a circle, or another polygonal shape.
  • In Example 12, the subject matter of any of Examples 9-11 may optionally include measuring the voltage between the first and second electrodes.
  • In Example 13, the article of any of Examples 9-12 may optionally include a hermetically sealing material disposed on the interior surfaces of the cavity to create a sealed reference pressure within the cavity.
  • Example 14 is a computing device including at least one processor for data processing and a package substrate coupled to at least one processor. The package substrate includes a plurality of organic dielectric layers and a plurality of conductive layers for forming the package substrate including a piezoelectric pressure sensing device including a diaphragm positioned proximate to a cavity of the package substrate, a piezoelectric material proximate thereto the diaphragm is positioned and an electrode that is in contact with the piezoelectric material. The diaphragm is deflected in response to a change in ambient pressure, and this deflection results in the generation of a voltage in the piezoelectric material, which voltage is proportional to the change in ambient pressure.
  • In Example 15, the subject matter of Example 14 may optionally include the pressure sensing device integrated with the housing substrate fabricated using panel-level processing.
  • In example 16, the subject matter of any of examples 14-15 may optionally include the membrane positioned over the cavity of the housing substrate to allow deflection of the membrane.
  • In Example 17, the subject matter of any of Examples 14-16 may optionally include measuring the voltage between the electrode and the membrane acting as another electrode.
  • In example 18, the article of any of examples 14-17 may optionally include a hermetically sealing material disposed on the interior surfaces of the cavity to create a fixed reference pressure within the cavity.
  • In Example 19, the article of any of Examples 14-18 may optionally include an insulating layer disposed on the membrane and an additional electrode disposed on the insulating layer that electrically decouples the membrane and the additional electrode.
  • In Example 20, the subject matter of any of Examples 14-19 may optionally include measuring the voltage between the electrode and the additional electrode in response to the deflection of the membrane.
  • In example 21, the subject matter of any of examples 14-20 may optionally include a printed circuit board coupled to the package substrate.

Claims (21)

Eine Druckerfassungsvorrichtung, umfassend: eine Membran, die in der Nähe zu einem Hohlraum eines organischen Substrats positioniert ist; ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist; und eine Elektrode, die in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material ist, wobei die Membran ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt wird, und diese Ablenkung verursacht, dass eine Spannung in dem piezoelektrischen Material erzeugt wird, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist.A pressure sensing device, comprising: a membrane positioned proximate to a cavity of an organic substrate; a piezoelectric material positioned near the membrane; and an electrode that is in contact with the piezoelectric material, wherein the diaphragm is deflected in response to a change in ambient pressure, and this deflection causes a voltage to be generated in the piezoelectric material, which voltage is proportional to the change in ambient pressure. Die Druckerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Druckerfassungsvorrichtung mit dem organischen Substrat integriert ist, das unter Verwendung von Verarbeitung auf Panel-Ebene hergestellt wird, wobei die Membran über dem Hohlraum des organischen Substrats positioniert ist, um eine Ablenkung der Membran zu erlauben.The pressure detecting device according to Claim 1 wherein the pressure sensing device is integrated with the organic substrate fabricated using panel-level processing, wherein the membrane is positioned over the cavity of the organic substrate to permit deflection of the membrane. Die Druckerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Membran jegliche Art einer geometrischen Form aufweist, umfassend ein Quadrat, ein Rechteck, einen Kreis, oder eine unterschiedliche polygonale Form.The pressure detecting device according to Claim 2 wherein the membrane has any type of geometric shape, including a square, a rectangle, a circle, or a different polygonal shape. Die Druckerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei diese Spannung zwischen der Elektrode und der Membran gemessen wird, die als eine andere Elektrode agiert.The pressure detecting device according to Claim 1 This voltage is measured between the electrode and the membrane acting as another electrode. Die Druckerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein hermetisch abdichtendes Material, das auf inneren Oberflächen des Hohlraums angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraums einen abgedichteten Referenzdruck zu erzeugen.The pressure detecting device according to Claim 1 , further comprising: a hermetically sealing material disposed on interior surfaces of the cavity to create a sealed reference pressure within the cavity. Die Druckerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine isolierende Schicht, die auf der Membran angeordnet ist; und eine zusätzliche Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist, die die Membran und die zusätzliche Elektrode elektrisch entkoppelt.The pressure sensing device according to Claim 1 , further comprising: an insulating layer disposed on the membrane; and an additional electrode disposed on the insulating layer electrically decoupling the membrane and the additional electrode. Die Druckerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei diese Spannung zwischen der Elektrode und der zusätzlichen Elektrode, ansprechend auf die Ablenkung der Membran gemessen wird.The pressure detecting device according to Claim 6 This voltage is measured between the electrode and the additional electrode in response to the deflection of the membrane. Die Druckerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Elektrode mit einer ersten elektrischen Verbindung des organischen Substrats in der Nähe zu einem Ende des Hohlraums des organischen Substrats gekoppelt ist, und die Membran mit einer zweiten elektrischen Verbindung des organischen Substrats in der Nähe zu dem gleichen Ende des Hohlraums gekoppelt ist.The pressure detecting device according to Claim 1 wherein the electrode is coupled to a first electrical connection of the organic substrate proximate one end of the cavity of the organic substrate, and the membrane is coupled to a second electrical connection of the organic substrate proximate to the same end of the cavity. Ein Gehäusesubstrat, umfassend: eine Mehrzahl von organischen, dielektrischen Schichten und eine Mehrzahl von leitfähigen Schichten zum Bilden des Gehäusesubstrats. einen Hohlraum, der in dem Gehäusesubstrat gebildet ist; und eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung, die innerhalb des Gehäusesubstrats integriert ist, umfassend eine Membran, die in der Nähe zu dem Hohlraum positioniert ist, ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist, und eine erste und zweite Elektrode, die in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material sind, wobei die Membran ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt wird, und diese Ablenkung verursacht, dass eine Spannung in dem piezoelektrischen Material erzeugt wird, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist.A package substrate comprising: a plurality of organic dielectric layers and a plurality of conductive layers for forming the package substrate. a cavity formed in the case substrate; and a piezoelectric pressure sensing device integrated within the housing substrate, comprising a diaphragm positioned proximate to the cavity, a piezoelectric material positioned proximate the diaphragm, and first and second electrodes in contact with the diaphragm piezoelectric material, wherein the diaphragm is deflected in response to a change in ambient pressure, and this deflection causes a voltage to be generated in the piezoelectric material, which voltage is proportional to the change in ambient pressure. Das Gehäusesubstrat gemäß Anspruch 9, wobei das Gehäusesubstrat unter Verwendung von Verarbeitung auf Panel-Ebene hergestellt wird, wobei die Membran über dem Hohlraum des Gehäusesubstrats positioniert ist, um eine Ablenkung der Membran zu erlauben.The package substrate according to Claim 9 wherein the package substrate is fabricated using panel-level processing, wherein the membrane is positioned over the cavity of the package substrate to permit deflection of the membrane. Das Gehäusesubstrat gemäß Anspruch 9, wobei die Membran jegliche Art einer geometrischen Form aufweisen kann, umfassend ein Quadrat, ein Rechteck, einen Kreis, oder eine andere polygonale Form.The package substrate according to Claim 9 wherein the membrane may have any type of geometric shape, including a square, a rectangle, a circle, or another polygonal shape. Das Gehäusesubstrat gemäß Anspruch 9, wobei diese Spannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode gemessen wird.The package substrate according to Claim 9 This voltage is measured between the first and second electrodes. Das Gehäusesubstrat gemäß Anspruch 9, ferner umfassend: ein hermetisch abdichtendes Material, das an inneren Oberflächen des Hohlraums angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraums einen abgedichteten Referenzdruck zu erzeugen.The package substrate according to Claim 9 , further comprising: a hermetic sealing material disposed on interior surfaces of the cavity to create a sealed reference pressure within the cavity. Eine Rechenvorrichtung, umfassend: zumindest einen Prozessor zur Datenverarbeitung; und ein Gehäusesubstrat, das an zumindest einen Prozessor gekoppelt ist, und das Gehäusesubstrat umfasst eine Mehrzahl von organischen, dielektrischen Schichten und eine Mehrzahl von leitfähigen Schichten zum Bilden des Gehäusesubstrats, das eine piezoelektrische Druckerfassungsvorrichtung umfasst, umfassend eine Membran, die in der Nähe zu einem Hohlraum des Gehäusesubstrats positioniert ist, ein piezoelektrisches Material, das in der Nähe der Membran positioniert ist, und eine Elektrode in Kontakt mit dem piezoelektrischen Material, wobei die Membran ansprechend auf eine Veränderung des Umgebungsdrucks abgelenkt wird, und diese Ablenkung dazu führt, dass eine Spannung in dem piezoelektrischen Material erzeugt wird, wobei diese Spannung proportional zu der Veränderung des Umgebungsdrucks ist.A computing device comprising: at least one processor for data processing; and a package substrate coupled to at least one processor and the package substrate comprises a plurality of organic dielectric layers and a plurality of conductive layers for forming the package substrate comprising a piezoelectric pressure sensing device comprising a membrane proximate to a cavity of the package substrate, a piezoelectric material positioned proximate to the membrane, and an electrode in contact with the piezoelectric material, the membrane being deflected in response to a change in ambient pressure, and causing this deflection to cause a voltage in the piezoelectric material is generated, this voltage is proportional to the change in the ambient pressure. Die Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Druckerfassungsvorrichtung mit dem Gehäusesubstrat integriert ist, das unter Verwendung von Verarbeitung auf Panel-Ebene hergestellt wird.The computing device according to Claim 14 wherein the pressure sensing device is integrated with the housing substrate fabricated using panel-level processing. Die Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei die Membran über dem Hohlraum des Gehäusesubstrats positioniert ist, um eine Ablenkung der Membran zu erlauben.The computing device according to Claim 14 wherein the membrane is positioned over the cavity of the housing substrate to allow deflection of the membrane. Die Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei diese Spannung zwischen der Elektrode und der Membran gemessen wird, die als eine andere Elektrode agiert.The computing device according to Claim 14 This voltage is measured between the electrode and the membrane acting as another electrode. Die Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 14, ferner umfassend: ein hermetisch abdichtendes Material, das auf inneren Oberflächen des Hohlraums angeordnet ist, um innerhalb des Hohlraums einen festen Referenzdruck zu erzeugen.The computing device according to Claim 14 , further comprising: a hermetically sealing material disposed on interior surfaces of the cavity to create a fixed reference pressure within the cavity. Die Rechenvorrichtung nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine isolierende Schicht, die auf der Membran angeordnet ist; und eine zusätzliche Elektrode, die auf der isolierenden Schicht angeordnet ist, die die Membran und die zusätzliche Elektrode elektrisch entkoppelt.The computing device after Claim 14 further comprising: an insulating layer disposed on the membrane; and an additional electrode disposed on the insulating layer electrically decoupling the membrane and the additional electrode. Die Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei diese Spannung zwischen der Elektrode und der zusätzlichen Elektrode gemessen wird, ansprechend auf die Ablenkung der Membran.The computing device according to Claim 19 This voltage is measured between the electrode and the additional electrode in response to the deflection of the membrane. Die Rechenvorrichtung gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend: eine gedruckte Schaltungsplatine, die mit dem Gehäusesubstrat gekoppelt ist.The computing device according to Claim 14 , further comprising: a printed circuit board coupled to the housing substrate.
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